礦井井下高壓防爆開關保護裝置的改進研究

賈海峰

（晉能控股煤業集團云崗礦，山西 大同 037017）

煤礦井下電網高壓防爆開關是礦井供電系統的關鍵設備，它負責向工作面和掘進面的開采設備提供電能。當供電系統電壓不穩定，可能導致高壓防爆開關發生誤動作，造成井下停電，會威脅到煤礦井下工作人員的生命安全。另外，當供電系統排除故障恢復正常，依舊會產生瞬間超負荷。晉能控股煤業集團云崗礦供電系統高壓防爆開關的保護裝置之一是失壓脫扣器，該保護裝置具有瞬時速斷功能。從云崗礦多年的應用情況來看，該保護裝置容易發生誤動作造成供電中斷，因此必須對其進行優化改進，解決保護裝置容易發生誤動作的問題。

1 高壓防爆開關保護分析

1.1 保護原理

脫扣器結構組成如圖1。當煤礦井下供電系統接入負荷，實際電壓持續提升至額定電壓值85%時，失壓脫扣器裝置中的勵磁線圈立刻啟動，動鐵芯在通電狀態下得到磁性而產生磁力，當磁力超過彈簧彈力時會驅動牽引桿進行移動，使得鎖扣保持閉合狀態，整個供電線路安全通暢。當供電系統因各種原因導致供電電壓降低至額定電壓35%以下時，該失壓脫扣器無法正常啟動運行，反作用彈簧用彈力驅動拉桿，鎖扣彈開，進而實現保護供電線路的效果。

圖1 失壓脫扣器結構組成示意圖

1.2 問題分析

當前，對于高壓防爆開關欠壓保護原理及運行過程都是合理的，但是對于整個煤礦供電系統來講，高壓防爆開關卻與之建立了聯動機制。從云崗礦供電系統的高壓防爆開關保護裝置的應用實踐情況分析可知，當該礦供電系統出現以下幾種情況時高壓防爆開關保護裝置都會發生動作，導致供電系統出現大面積停電：（1）供電系統的瞬間故障；（2）供電系統電壓在某一瞬間出現低電壓現象；（3）供電系統某一支路發生故障導致供電主線路電壓出現降低現象。云崗礦供電系統常因以上三種情況的出現而導致高壓防爆開關保護裝置發生動作。針對這一情況，需要對云崗礦失壓脫扣器的保護機制進行優化改造，進一步提高開采設備的連鎖容錯率，提高供電系統的安全性和連續性。

2 防爆開關保護裝置的改進設計

2.1 增加延時時間

在煤礦井下供電系統當中，通電后系統延時時間基數基本上設定為0.5 s，云崗礦35 kV 的供電線路中，根據規定定時過流保護延時時間設定為1～2 s；增加1 個時間基數的過流保護延時時間，即過流保護延時時間從1～2 s 增加到1.5～2.5 s。對于云崗礦6～10 kV 供電線路中，根據規定過流保護延時時間設定為1 s，增加1 個時間基數的過流保護延時時間，即過流保護延時時間從1 s 增加到1.5 s，備用電源在0.5～1.5 s 之間發生作用。根據以上分析，可以將云崗礦供電系統防爆開關延時時間取2.5 s。

2.2 改進方案

云崗礦供電系統采用的失壓脫扣器保護裝置在連鎖動作后會切斷整個供電線路，針對這一情況必須對斷電方式進行優化調整，必須考慮到供電系統的容錯率，在供電系統電壓處于短時間的波動或斷電狀態下，要求其不能切斷整個供電線路。

2.2.1 高壓防爆開關脫扣器改造

將云崗礦供電系統原先采用的失壓脫扣器保護裝置淘汰，采用JT 型電磁繼電器進行替換，同時對系統電路進行優化改進，如圖2。圖2 中，TJ 為JT 型電磁繼電器，JT1 為感應電路觸點開關，TQ為斷路器跳閘線圈，E 為感應單元。

該高壓防爆開關保護裝置的工作原理：供電系統正常運行時，JT 電磁繼電器連通電源，帶動JT1觸電開關斷開；供電系統出現故障，實際電壓低于35%額定電壓且持續時間超過2.5 s 后，JT 失去電力，JT1 出現復位閉合，TQ 連通發生磁力，吸引E感應部位，供電線路高壓開關動作，供電被切斷。

圖2 系統電路優化改進示意圖

2.2.2 JT 電磁繼電器動延時時間分析

JT 型直流電磁延時繼電器結構示意圖如圖3。從圖中可知，磁軛與鐵心是采用圓柱電工鋼整體進行加工制造而成，磁軛與鐵心之間無縫隙，可以形成一個有機整體。后期再采用鋁基座進行澆筑，大幅降低裝配間隙及磁阻，可有效提高繼電器的靈敏度。

控制線路JT1 觸電開關閉合動作，TQ 線圈得電，產生磁通達到一定數值產生磁力，將鐵芯與銜鐵接觸。當控制線路斷電，斷電速度極快，基于楞次定律，線圈磁通量降低過程中會形成一個電流，與磁力相互使磁通量開始迅速降低。

圖3 JT 型直流電磁延時繼電器結構示意圖

3 實踐應用及效果分析

從2019 年1 月至2019 年4 月，按上述改造方案對該礦5 個采區變電所的防爆開關保護裝置進行改進設計。從2019 年4 月至今，優化改造后的防爆開關保護裝置運行穩定，動作可靠，使用方便，開采設備的故障率大大降低。云崗礦井下高壓防爆開關保護裝置的改進項目的實施是合理的，有效解決了以往高壓防爆開關保護裝置的誤動作問題，為企業創造了較好的安全經濟效益。